數(shù)字電視組合報警通用處理算法的研究

李瑞民

（上海風格信息技術(shù)股份有限公司，上海 201804）

1 信號傳輸監(jiān)測簡介

電視臺里的故障監(jiān)測是一個重要的環(huán)節(jié)，及時、準確地報警監(jiān)測是值機員在發(fā)生故障時做出準確判斷的關(guān)鍵因素[1-3]。要做到這一步，一套好的監(jiān)測算法必不可少。電視臺圖像層監(jiān)控五大要素分別是黑場、凍幀（又名靜幀）、彩條、臺標丟失、無聲，前四個屬于圖像層面的，第五個屬于聲音層面的。黑場，就是屏幕上所有的區(qū)域都是黑色的；凍幀即整個畫面靜止不動；彩條及由于墊片等原因?qū)е碌墓?jié)目呈現(xiàn)成豎的多色彩色條紋；臺標丟失即頻道臺標消失；無聲即沒有聲音的電平值。從五類報警的定義上看，每一種報警的判斷似乎都不難。但在實際的算法中，要受很多外圍元素的影響，比如，一些電影電視制作人員通常會把盡可能多的信息（如頻道的LOGO、當前時間、當前節(jié)目名稱、滾動新聞或廣告）提供給觀眾，再如大部分視頻的壓縮和解壓縮算法采用的都是失真算法，原始圖像與經(jīng)過壓縮、傳輸、解壓縮后的圖像從肉眼上很難區(qū)分，但實際上卻產(chǎn)生了一些變化，這些變化都會影響到報警的判斷。

除了對上面某一個信號的監(jiān)控之外，電視臺更關(guān)注一個鏈路的狀態(tài)。信號傳輸監(jiān)測模型圖如圖1所示，信號輸入后經(jīng)過編碼器編碼后，沿傳輸鏈路到達解碼器，經(jīng)解碼后再輸出。按圖1設(shè)置4個監(jiān)測點，分別監(jiān)測輸入信號、編碼后信號、經(jīng)鏈路傳輸后的編碼信號、解碼信號這4個信號。假設(shè)各監(jiān)測點都正常監(jiān)測的情況下，不難發(fā)現(xiàn)如“監(jiān)測點1”的信號黑場故障，則“監(jiān)測點2”～“監(jiān)測點4”的信號必然是黑場故障；反之，如果“監(jiān)測點4”發(fā)生黑場故障，則未必“監(jiān)測點1”～“監(jiān)測點3”都是黑場故障，因為這3個環(huán)節(jié)中，有1個環(huán)節(jié)故障都會引起。

圖1 信號傳輸監(jiān)測模型圖

由此來看，一般的電視臺、電吧、地球站等單位所關(guān)注的并不是某一個頻道是否發(fā)生了故障，而是綜合考慮各頻道之間的組合報警。

2 算法設(shè)計

以上海地球站為例，有標清節(jié)目30套左右，高清3套。每一套節(jié)目約有5～7個監(jiān)測點，則總共會多達200多個監(jiān)測點。每一路節(jié)目都有5～7個監(jiān)測點，一旦某中間節(jié)點出現(xiàn)故障，則直接影響后續(xù)的相關(guān)節(jié)點，因此存在同一時刻多路信號連鎖出錯而導(dǎo)致的大范圍報警的可能，因此設(shè)計一套好的算法和實現(xiàn)方式尤為重要。

2.1 設(shè)計思路

為統(tǒng)一術(shù)語，約定如下：1）報警：當某一設(shè)備的某一信號或狀態(tài)達到或超越某個閾值，向監(jiān)測或監(jiān)控端所發(fā)送的包含設(shè)備、信號值、報警類型的信息稱為“報警”。2）策略：指定若干個報警，其中某些報警同時發(fā)生，某些報警均不發(fā)生時而響應(yīng)某一預(yù)定的動作，包含若干報警的配置以及預(yù)定的動作稱之為一個“策略”。如果當前報警狀態(tài)正好符合一個策略的約定狀態(tài)，則稱為該“策略被匹配到”。需要說明的是，策略中不僅要指定某些報警同時發(fā)生，還要指定另一些報警不同時發(fā)生，一是為了避免策略之間存在著包含的關(guān)系，增加了冗余度，二是避免產(chǎn)生二義性。同時也很容易看出，策略必須是有優(yōu)先級的，并且一般來說當高優(yōu)先級的策略被匹配到時，就不需要再響應(yīng)低優(yōu)先級的了，這樣做的目的是使值機員的處理有先后順序。

如果把所有監(jiān)測點都混為一談，則會發(fā)現(xiàn)由于監(jiān)測項過多，即使是配一個很簡單的策略，也要把所有報警都設(shè)置一下，這不僅增加了配置的復(fù)雜度，也增加了算法的復(fù)雜度。同時，在實際應(yīng)用中，在一個鏈路中的故障不會波及到另一個與故障鏈路完全獨立的鏈路，即各完全獨立鏈路之間的耦合度很低，因而報警相互影響的概率也很小，甚至沒有。為此，可以采用“分組”的概念，將所有監(jiān)測點分組。原則上同一鏈路的為一組，不同鏈路的不在同一組。組與組之間具有優(yōu)先級，同時，每組中各策略之間也具有優(yōu)先級。

還有一個需要考慮的因素就是某一組中，未被匹配的報警的處理，即當前某一組有若干個報警，但該組中的各個策略都未匹配到，作為一種不重要的“報警狀態(tài)”，也需要給值機員一個提醒，該提醒稱為該組的“默認報警”。

通過這種設(shè)計，很顯然，報警不再是最終展示給值機員的元素，取而代之的是策略，因而值機員不再把報警作為首要關(guān)注因素，而只需要關(guān)注策略的變化，這樣設(shè)計大大節(jié)省了故障發(fā)生時值機員面對大量報警信息時再做二次判斷的時間，并減少了出錯的概率。

2.2 報警采集的處理

報警的時效性很強，如果采集點和報警點不在同一個位置，則二者之間一般是通過網(wǎng)絡(luò)的SOCKET進行通信的。一般的報警有三種方式，一種是采集點向報警點始終發(fā)一個心跳，并約定某一位的狀態(tài)值代表有報警或報警停止，這種方式只需要按協(xié)議判斷該位即可；還有一種是將報警分“開始、持續(xù)、結(jié)束”三個狀態(tài)，報警點在接到報警后不僅知道在接到“開始”和“持續(xù)”時應(yīng)該報警，而且還知道在接到“結(jié)束”時應(yīng)該結(jié)束報警狀態(tài)；第三種是報警不同狀態(tài)，這時報警點則需要記錄接到最后一個報警的時間，并且在一定時間內(nèi)如果接不到報警，則自動將報警停止。

組合報警時，同時考慮的是數(shù)個報警的狀態(tài)，因此在接到一個報警時再等另一個報警一定是來不及的。一個可行的辦法就是針對每一個報警，專設(shè)一個“報警變量”和一個“時間變量”，前者保存最新的實時值，每當有新報警來的時候，除了刷新該值之外，還設(shè)定當前時間為時間變量。另有一個線程專門判斷所有時間變量，當發(fā)現(xiàn)某一個報警的時間變量距離當前時間大于預(yù)設(shè)的超時值時，則修改“報警變量”為報警停止。

2.3 語音報警的處理

報警聲音的處理很關(guān)鍵，一個準確、清晰的報警方式對指導(dǎo)值機員做出快速、正確的反應(yīng)至關(guān)重要。根據(jù)以上分析，可以以策略為單位，每一個策略配一個準確的故障語音描述，甚至是指導(dǎo)性的語音描述，如“X頻道主路黑場報警，請切備路”。這種語音報警效果很好，但也有一個缺點，每一個語音提示本身總是需要一定時間的，而當播放時有新策略被匹配到的時候，后面的策略語音提示如果一起播放，會使兩個聲音重疊在一起，或后者中斷了前者的播放，導(dǎo)致前者只播了一段，特別是在某一時刻，有大量報警同時出現(xiàn)時，各種策略報警提示一起播放，使各報警聲音相互交織，相互干擾，反而聽不清。

一個可行的解決辦法就是建立一個報警語音隊列，每當一個報警語音提示需要播放的時候，不是馬上播出來，而是放入隊列中，這樣，專門再建一個線程，時刻查詢該報警語音隊列，當發(fā)現(xiàn)有報警語音的時候，再提取語音文件然后進行播放，當有多個語音要報的時候，同樣可以一個一個地播出。

2.4 流程圖

根據(jù)以上分析，可以做出如圖2所示的流程圖。圖中分為左右兩部分，以豎虛線分隔，其中左邊分別是報警采集和語音報警，該部分相對簡單，所以不再畫出流程圖；右邊則是組合報警的主流程圖。

圖2 組合報警流程圖

由于程序?qū)儆?×24 h運行的程序，故上面沒有標出退出的邏輯。

通過上述分析，可以簡單總結(jié)為：循環(huán)按優(yōu)先級檢測各分組，針對每一分組內(nèi)，再按優(yōu)先級依次匹配各策略，如果匹配到，則將要報的語音發(fā)送到報警語音隊列中，并直接跳出該組的此后判斷，匹配下一個分組；如果沒匹配到，則繼續(xù)匹配下一個策略，直到匹配到，或本組策略都未被匹配到。此時再做一個判斷，如果有報警，則將本組默認音放入報警語音隊列中，然后轉(zhuǎn)入到下一組的判斷。

3 算法測試和驗證

為了驗證上面方案的可行性，制作了一套程序，該程序采用Microsoft Visual C++2005（SP2）作為代碼開發(fā)工具，分別在Windows XP（SP3）/Windows 2003下做了測試。

整個程序從功能上主要分2個部分：一部分是分組、策略的編輯，該部分占主界面的大部分位置；另一部分是各算法的具體實現(xiàn)方式，這部分幾乎不占用界面顯示部分，而是以線程方式在后臺運行。程序主界面如圖3所示。

圖3 程序主界面（截圖）

3.1 主要線程

主程序主要由4個線程組成：

1）第一個線程負責接收采集端傳過來的實時報警，并將接到的報警狀態(tài)寫入到報警池的指定位置，該部分可以直接采用CSocket類來實現(xiàn)，這部分唯一需要注意的是效率要高，一般不宜有寫數(shù)據(jù)庫、機械操作等占時間的操作，否則會影響到后續(xù)報警的處理。該線程每接收一個報警，就將該報警的最后接收時間設(shè)定為當前時間。

2）第二個線程是專為第一個報警服務(wù)的，該線程唯一的作用就是處理第一個線程中的超時報警。在實際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)總會或多或少地出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，如果采集端發(fā)現(xiàn)某一個報警結(jié)束，于是向報警端發(fā)送“報警結(jié)束”的包，但如果這個包丟了，而報警端并不知道，仍然在報警，這是由于此后沒有報警了，則采集端不再發(fā)送報警信息，則報警端則會仍然繼續(xù)誤報有報警的信息。這時就需要一個收尾的線程來判斷。在本系統(tǒng)中，該線程約定5 s之內(nèi)接不到任何報警開始或持續(xù)，則認為報警結(jié)束。判斷方法即每隔1 s循環(huán)判斷一下第一線程中各報警的最后接收時間，用該時間值與當前時間值做比較，如果兩者時間差大于5 s，則取消該報警。

3）第三個線程也是最關(guān)鍵、最主要的線程，該線程在總流程圖中有詳細說明，故不再贅述。

4）第四個線程就是語音播放隊列線程，該線程始終判斷一個隊列鏈表，當發(fā)現(xiàn)鏈表的頭指針與尾指針不相等（即有要播放的聲音）時，根據(jù)所存的聲音文件名，取指定的聲音文件進行播放，播放完成后，刪除此表頭，再次判斷后續(xù)是否還有要播的文件。

3.2 實測結(jié)果

根據(jù)上述算法所做的程序，經(jīng)過測試、策略調(diào)整、測試、試運行、運行，效果良好，受到值機員的好評，都認為采用該方法處理，值機員不需要再考慮各個的單獨報警，特別是當多個報警同時出現(xiàn)時，不需要在本已緊張的時刻再去判斷各報警之間的關(guān)聯(lián)，再由關(guān)聯(lián)推斷故障的原因，從而做出下一步操作的判斷。

4 結(jié)束語

近幾年有線電視技術(shù)飛速發(fā)展，各種新技術(shù)得到應(yīng)用，規(guī)模也在不斷地擴大，因此對電視的監(jiān)控也越來越復(fù)雜。如果把這些壓力推給值機員或簡單地通過增加人員來解決，不僅不能大幅度地改善問題的解決速度，也可能會部分增加協(xié)同的復(fù)雜度。筆者從科學(xué)性、規(guī)范性、前瞻性出發(fā)，設(shè)計了一種新的報警模式，該模式不再采用以往單純依靠報警來檢測的模式，而是綜合考慮了各報警之間的組合方式，向值機員提供更為準確、更為詳實可靠的報警提醒，經(jīng)過實測驗證，該方式是切實可靠的。

[1] 陳鵬，劉博.數(shù)字電視可靠性試驗設(shè)計[J].電視技術(shù)，2012（20）：105-108.

[2] 楊家勝，聶明杰.全國有線電視網(wǎng)絡(luò)評價技術(shù)指標體系研究[J].廣播與電視技術(shù)，2012（12）：74-79.

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